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Dossier de demande de renouvellement du Groupement de Recherche 3219 « Physique Mésoscopique des Ondes pour Imagerie en Milieux Complexes »
MésoIm@ge
2013–2016
• Formulaire de demande (fiches A, B, C et D) • Accusé de réception • Programme de recherche détaillé 2013–2016 • Rapport d’activité 2009–2012
Ce dossier est adressé aux instituts suivants du CNRS : INP, INSMI, INSU, INSIS
A ANNEE 2013
DEMANDE DE RENOUVELLEMENT D’UN GROUPE DE RECHERCHE(1)
Partie à remplir par le demandeur
Nom et prénom du demandeur : SKIPETROV Sergey
(Directeurs adjoints : GARNIER Josselin et MARGERIN Ludovic) Date de naissance : 02/05/1974 Qualité : Chargé de Recherche CNRS Intitulé du groupement : Physique Mésoscopique des Ondes pour Imagerie en Milieux Complexes(max : 90 caractères) Intitulé réduit ou sigle : MésoImageInstitut scientifique(2) : INP, INSMI, INSU, INSIS
Nos de sections d’évaluation du Comité national de la recherche scientifique(2) : 05, 01, 04, 06, 08, 09, 18 Adresse du groupement : Sergey SKIPETROV / GDR MésoImage
Maison des Magistères, CNRS 25 Rue des Martyrs
BP 166 38042 Grenoble Cedex 09 Téléphone : 04.76.88.74.97 06.31.50.10.10
Télécopie : 04.76.88.79.83 Mail : [email protected]
Organisme(s) d’appartenance du demandeur : CNRS Date : le 1er février 2012 Signature du demandeur :
Partie à remplir par les responsables des organismes d’appartenance des unités ou équipes extérieures au CNRS(3)
Je donne mon accord à la participation à ce GDR de(s) l’équipe(s) ou de(s) l’unité(s) intitulée(s)(4) : Nom : Prénom : Qualité : Date : Signature :
(1) Rayer les mentions inutiles (2) Voir en annexe la liste des sections du Comité national de la recherche scientifique et des départements scientifiques (3) Ne concerne que les projets de création et les demandes de renouvellement REMPLIR AUTANT DE FICHES QUE D’ORGANISMES D’APPARTENANCE
(4) Préciser l’intitulé de(s) l’équipe(s) ou de(s) l’unité(s) intitulée(s)
B ANNEE 2013
Nom du demandeur : SKIPETROV La mission du groupement est : - D’accélérer le transfert de nouvelles connaissances dans le domaine de la physique mésoscopique des ondes de la
recherche fondamentale à la recherche appliquée - De stimuler le développement de nouvelles méthodes d’imagerie et de contrôle des ondes en milieux complexes - De renforcer les liens entre les communautés (opticiens, acousticiens, physiciens du solide, sismologues) qui
rencontrent des problèmes similaires - De motiver la recherche sur les aspects fondamentaux de la propagation des ondes en milieux complexes avec un
accent particulier sur leur interdisciplinarité
PROGRAMME(S) DE RECHERCHE PROPOSE(S) POUR LA DUREE
DU GROUPEMENT
Thèmes ou opérations Noms et prénoms des responsables
1. Imagerie et spectroscopie par ondes diffusées - par méthodes optiques dans les milieux biologiques Claude Boccara (Paris) - par méthodes optiques dans la matière molle Reinhard Höhler (Marne la Vallée) - par méthodes optiques pour contrôle non destructif (industrie) Eric Lacot (Grenoble) - par méthodes optiques pour contrôle non destructif (œuvres d’art) Mady Elias (Paris) - par méthodes ultrasonores en médecine Mickaël Tanter (Paris) - par méthodes ultrasonores dans les milieux granulaires Xiaoping Jia (Marne la Vallée) - par ondes sismiques en géophysique et astrophysique Ludovic Margerin (Toulouse) - en météorologie Pierre Flamant (Paris) - approches mathématiques Josselin Garnier (Paris) 2. Contrôle des ondes en milieux complexes - retournement temporel en acoustique Mathias Fink (Paris) - retournement temporel des ondes électromagnétiques Geoffroy Lerosey (Paris) - retournement temporel des ondes élastiques Arnaud Tourin (Paris) - retournement temporel des ondes de matière Bertrand Georgeot (Toulouse) - contrôle cohérent de la lumière en milieu diffusant Sylvain Gigan (Paris) - super-résolution Rémi Carminati (Paris) - magnéto-optique des milieux complexes Geert Rikken (Toulouse) - laser aléatoire Patrick Sebbah (Paris) - dans les métamatériaux (matériaux gauchers, etc.) Stefan Enoch (Marseille)
3. Physique mésoscopique des ondes - électromagnétiques Bart van Tiggelen (Grenoble) - acoustiques Arnaud Derode (Paris) - élastiques Philippe Roux (Grenoble) - sismiques Michel Campillo (Grenoble) - dans les vapeurs atomiques (chauds et froids) Robin Kaiser (Nice) - dans les gazes quantiques Yvan Castin (Paris)
Christian Miniatura (Nice) - dans les systèmes quantiques chaotiques Patricio Leboeuf (Orsay) - dans les nano systèmes désordonnés Frank Hekking (Grenoble) 4. Non linéarité et désordre - non linéarité optique : génération de deuxième harmonique Pierre-François Brevet (Lyon) - non linéarité optique : effet Kerr et diffusion par les atomes froids Benoît Grémaud (Paris & Singapour) - dynamique non linéaire dans les systèmes optiques Stefania Residori (Nice) - acoustique non linéaire des solides micro-inhomogènes Bernard Castagnède (Le Mans) - non linéarité acoustique extrême : ondes de choc François Coulouvrat (Paris) - effets d’interactions dans les condensats de Bose-Einstein Dima Shepelyansky (Toulouse) - équations non linéaires stochastiques Christophe Besse (Lille) 5. Localisation d’Anderson - en matière condensée Gilles Montambaux (Paris) - des ondes électromagnétiques Fabrice Mortessagne (Nice) - des ultrasons Julien de Rosny (Paris) - des ondes de matière Laurent Sanchez-Palencia (Palaiseau)
Dominique Delande (Paris) - aspects mathématiques Alain Joye (Grenoble)
C ANNEE 2013
Nom du demandeur : SKIPETROV COMPOSITION DU GROUPEMENT DE RECHERCHE
Liste des équipes participantes (noms et prénoms des responsables, intitulés des équipes), regroupées par
organismes d’appartenance avec indication du laboratoire de rattachement. Organisme
d’appartenance Laboratoire de rattachement
Equipe Responsable pour le GDR et autres membres
E-mail de contact
Institut National de Physique
CNRS et Université Claude Bernard Lyon I
Laboratoire de Spectrométrie Ionique et Moléculaire (LASIM) UMR 5579
Optique Non Linéaire et Interfaces
Pierre-François Brevet
Mésoscopie avec atomes froids
Robin Kaiser David Wilkowski*
Systèmes quantiques fortement corrélés et atomes ultra-froids
Christian Miniatura*
George Batrouni Patrizia Vignolo Guillaume Labeyrie Frédéric Hébert
Christian.Miniatura@inln. cnrs.fr
Institut Non Linéaire de Nice (INLN) UMR UMR 7335
Optique non linéaire
Stefania Residori Umberto Bortolozzo
Physique mésoscopique
Fabrice Mortessagne Valérie Doya Ulrich Kuhl Olivier Legrand Claire Michel
CNRS et l’Université de Nice Sophia Antipolis
Laboratoire de Physique de la Matière Condensée (LPMC) UMR 7336
Fluides complexes Franck Celestini Nathalir Fraysse Xavier Noblin Jean Rajchenbach Christophe Raufaste
* David Wilkowski et Christian Miniatura sont également affectés au Centre for Quantum Technologies (CQT), Singapour
Laboratoire de Physique et Modélisation des Milieux Condensés (LPMMC) UMR 5493
Equipe unique Bart van Tiggelen Frank Hekking Roger Maynard Anna Minguzzi Vincent Rossetto Thierry Champel Denis Basko Léonie Canet Markus Holzmann Sergey Skipetrov
CNRS et Université Joseph Fourier Grenoble I
Laboratoire Interdisciplinaire de Physique (LIPhy) UMR5588
Optique et Imagerie des milieux complexes (OPTIMA)
Eric Lacot Olivier Hugon Olivier Jacquin Hugues Guillet de Chatellus
Laboratoire de Physique des Solides UMR 8502
Théorie Gilles Montambaux
[email protected] CNRS et Université Paris-Sud 11
Laboratoire de Physique Théorique et Modèles Statistiques (LPTMS) UMR 8626
Chaos et systèmes quantiques/ Atomes froids
Patricio Leboeuf Eugene Bogomolny Oriol Bohigas Nicolas Pavloff Gora Shlyapnikov Denis Ullmo Christophe Texier
Optique Atomique Laurent Sanchez-Palencia Alain Aspect Philippe Bouyer Vincent Josse
CNRS, Université Paris-Sud 11, et Institut d’Optique
Laboratoire Charles Fabry (LCFIO) UMR 8501
Systèmes et Composants Optiques
Pierre Chavel
Pierre.Chavel@institutoptique. fr
Ondes en Milieux Complexes
Mathias Fink Arnaud Tourin Arnaud Derode Julien De Rosny Patrick Sebbah
Physique des Ondes pour la Médecine et la Biologie
Mickaël Tanter Claude Boccara Jean-François Aubry Emmanuel Bossy Jean-Luc Gennisson
CNRS, ESPCI, et Université Pierre et Marie Curie Paris 6, Université Diderot Paris 7, INSERM
Institut Langevin « Ondes et Images »
Détection, Caractérisation et Imagerie
Claire Prada-Julia
Nanophotonique et optique des milieux diffusants
Sylvain Gigan [email protected]
Optique Physique et Théorie des Ondes
Rémi Carminati Romain Pierrat
CNRS, Université Pierre et Marie Curie Paris 6, Université Diderot Paris 7
Institut des NanoSciences de Paris UMR 7588
Couches Minces pour l’Optique et l’Opto-électronique
Mady Elias Agnès Maitre
CNRS, Université Pierre et Marie Curie Paris 6, Université Diderot Paris 7, ENS
Laboratoire de Physique Statistique (LPS) UMR 8550
Physique Non Linéaire
Stephane Fauve [email protected]
Transport Quantique dans les Systèmes Complexes
Dominique Delande Benoît Grémaud†
Dominique.Delande@spectro. jussieu.fr
CNRS, ENS, Université Pierre et Marie Curie Paris 6
Laboratoire Kastler Brossel (LKB) UMR 8552
Gaz de fermions froids
Yvan Castin
CNRS et Université Paris-Nord 13
Laboratoire de Physique des Lasers (LPL) UMR 7538
Optique et Problèmes de Transformation Inverse en Milieux Aléatoires (OPTIMA)
Sigrid Avrillier Eric Tinet Jean-Michel Tualle Dominique Ettori
CNRS, Université Paul Sabatier Toulouse III, INSA de Toulouse
Laboratoire National des Champs Magnétiques Pulsés (LNCMP) UMR 5147
Magnéto-optique Geert Rikken [email protected]
CNRS et Université Paul Sabatier Toulouse III
Laboratoire de Physique Théorique UMR 5152
Cohérence Quantique
Bertrand Georgeot Dima Shepelyansky
CNRS et Université de Versaille Saint-Quentin-en-Yvelines
Groupe d’Etude de la Matière Condensée (GEMAC) UMR 8635
Optique à l’Echelle Nanométrique
Xavier Quelin Stéphanie Buil Jean-Pierre Hermier
† Benoît Grémaud est également affecté au Centre for Quantum Technologies (CQT), Singapour
Institut National des Sciences Mathématiques et de Leurs Interactions
CNRS et Université des Sciences et Technologies de Lille
Laboratoire Paul Painlevé UMR 8524
Analyse numérique et équations à dérivées partielles
Christophe Besse
CNRS, Université Pierre et Marie Curie Paris 6, Université Diderot Paris 7
Laboratoire de Probabilités et Modèles Aléatoires (PMA) UMR 7599
Modélisation Stochastique
Josselin Garnier [email protected]
CNRS et Université Joseph Fourier Grenoble I
Institut Fourier UMR 5582
Physique Mathématique
Alain Joye Yves Colin de Verdière Frédéric Faure
Institut National des Sciences de l’Univers
CNRS, Université Paul Cézanne, IRD, Collège de France, Université de Provence
Centre Européen de Recherche et d’Enseignement des Géosciences de l’Environnement (CEREGE) UMR 6635
Géophysique et Planétologie
Ginette Saracco
CNRS et Université Blaise Pascal Clermont Ferrand
Laboratoire de Météorologie Physique UMR 6016
Nuages et Pollution Albert Benassi Bernard Guillemet Frédéric Szczap
CNRS et Université Joseph Fourier Grenoble I
Institut des Sciences de la Terre (ISTerre) UMR 5275
Ondes et Structures Michel Campillo Eric Larose Anne Paul Philippe Roux
CNRS, IRD, Université de Nice et Université Pierre et Marie Curie Paris 6
Laboratoire Géosciences Azur (GEOAZUR) UMR
Sismologie Guust Nolet [email protected]
CNRS et Institut Géographique National
Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP) UMR 7154
Sismologie et Geoscope
Nikolai Shapiro Florent Brenguier Jean-Paul Montagner Jean-Pierre Vilotte Eléonore Stutzmann
CNRS, ENS, Ecole Polytechnique et Université Pierre et Marie Curie Paris 6
Laboratoire de Météorologie Dynamique (LMD) UMR 8539
Lidar Météorologique
Pierre Flamant [email protected]
CNRS et Université de Rennes I
Laboratoire de Géosciences UMR 6118
Imagerie géophysique des systèmes complexes
Yves Le Gonidec Dominique Gibert Florence Nicollin
Géophysique Planétaire et Plasmas Spatiaux
Ludovic Margerin Sébastien Chevrot Marie Calvet
[email protected] et Université Paul Sabatier Toulouse III
Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP) UMR 5277
Physique du Soleil et des Etoiles
François Lignières Jérôme Ballot Laurène Jouve
Institut des Sciences de l’Ingénierie et des Systèmes
CNRS et Université de Corse Pasquale Paoli
Laboratoire Sciences Pour l’Environnement (SPE) UMR 6134
Champs, Ondes, et Physique Statistique
Yves Decanini Stéphane Ancey Paul Gabrielli Gérard Girolami Michaël Mercier Jean-François Muzy
CNRS et Université de Maine
Laboratoire d’Acoustique de l’Université de Maine UMR 6613
Acoustique et Mécanique des Matériaux
Vincent Tournat Bernard Castagnède Gussev Vitali Rachid El Guerjouma Mourad Bentahar
Vincent. Tournat @univ-lemans.fr
Rhéologie des Mousses et Nouvelles Sondes Optiques
Reinhard Höhler Sylvie Cohen-Addad Anne-Laure Biance
[email protected] CNRS et Université de Marne la Vallée
Laboratoire de Physique des Matériaux Divisés et des Interfaces (LPMDI) FRE 3300
Milieux Granulaires et Acoustique des Milieux Divisés
Xiaoping Jia [email protected]
CNRS et Universités Aix Marseille
Institut Fresnel UMR 7249
Contrôle de la Lumière et Analyse du Rayonnement : Traitement Electromagnétique (CLARTE)
Stefan Enoch [email protected]
CNRS et Université Pierre et Marie Curie Paris 6
Institut Jean Le Rond d’Alembert UMR 7190
Modélisation, Propagation et Imagerie Acoustique
François Coulouvrat
Autres instituts du CNRS
CNRS, Université Joseph Fourier Grenoble I et INPG
Grenoble-Images-Parole-Signal-Automatique (GIPSA) UMR 5216 (INS2I)
Signal, Images, Physique
Nicolas Le Bihan [email protected]
CNRS et ESPCI Laboratoire de Physico-Chimie Théorique UMR 7083 (INC)
Matière molle et Biophysique
David Lacoste Tony Maggs
CNRS et Institut Curie
Unité Physico-chimie Curie (PCC) UMR 168 (INC)
Physique de Cytosquelette et Fonctions Membranaires
Francois Amblard
CNRS et Université Pierre et Marie Curie Paris 6
Laboratoire d’Imagerie Paramétrique UMR 7623 (INSB)
Imagerie Ultrasonore
Pascal Laugier Frédéric Padilla
[email protected]. jussieu.fr
D ANNEE 2013
Nom du demandeur : SKIPETROV FICHE FINANCIERE
MOYENS DEMANDES AU CNRS GLOBALEMENT POUR LA DUREE DU GROUPEMENT (4 ANS)
K€ H.T
SOUTIEN DE BASE (1)
INP INSMI INSU INSIS
30 10 10 10
GROS EQUIPEMENT (2)
0
TOTAL
60
(1) Crédits de fonctionnement, de travaux de petit entretien, de matériel pour le petit et le moyen équipement .
(2) Matériel valeur unitaire, le demandeur précisera en annexe la nature des équipements et le plan de leur financement.
ACCUSE DE RECEPTION
(1) Nom du demandeur M. SKIPETROV Sergey
(1) Adresse LPMMC, Maison des Magistères, CNRS
25 Rue des Martyrs, BP 166
38042 Grenoble Cedex 09
J’accuse réception du dossier de groupement de recherche que vous avez fait parvenir au CNRS.
(2) Paris, le …………………………………………… Le directeur du département scientifique
L’accusé de réception de la demande présentée par (1) M. SKIPETROV Sergey
(2) a été renvoyé le ……………………………………………………………………………………………………………………
(1) A remplir par le demandeur (2) Sera rempli par l’administration
Demande de renouvellement du Groupement de Recherche 3219 « Physique Mésoscopique des Ondes pour Imagerie en Milieux Complexes »
MésoIm@ge
Programme de recherche détaillé
2013–2016 Responsables :
Sergey Skipetrov LPMMC, Grenoble directeur Josselin Garnier LPMA, Paris directeur adjoint Ludovic Margerin IRAP, Toulouse directeur adjoint Comité Scientifique du GDR :
• Philippe Bouyer (ondes de matière), Laboratoire Charles Fabry, Paris • Rémi Carminati (imagerie optique), ESPCI, Paris • Reinhard Höhler (optique de la matière molle), Laboratoire de Physique des Milieux
Divisés et des Interfaces, Marne la Vallée • Alain Joye (mathématiques), Institut Fourier, Grenoble • Robin Kaiser (optique des atomes froids), Institut Non Linéaire de Nice • Fabrice Mortessagne (physique des micro-ondes), Laboratoire de Physique de la
Matière Condensée, Nice • Guust Nolet (sismologie), Laboratoire Géosciences Azur, Nice • Claire Prada-Julia (acoustique), Laboratoire Ondes et Acoustique, Paris • Nikolai Shapiro (imagerie sismique), Institut de Physique du Globe, Paris • Mickäel Tanter (imagerie médicale), Laboratoire Ondes et Acoustique, Paris • Bart van Tiggelen (physique mésoscopique), Laboratoire de Physique et Modélisation
des Milieux Condensés, Grenoble Conseillers étrangers :
• Azriel Genack, Queens College, New York, USA • Ad Lagendijk, Université d’Amsterdam, Complex Photonic Systems, Pays-Bas • Michael Mishchenko, NASA Goddard Institute for Space Studies, New York, USA • George Papanicolaou, Stanford University, USA • John Page, University of Manitoba, Winnipeg, Canada • Roel Snieder, Colorado School of Mines, Department of Geophysics, Golden, USA • Diederik Wiersma, European Laboratory for Non-linear Spectroscopy, Florence, Italy
— GDR 3219 MésoIm@ge – Programme de recherche 2013-2016 —
1
Motivations du GDR
Depuis de longues années, l’homme utilise les ondes pour créer des images. Au début il s’agissait d’images optiques simples que l’on obtenait en illuminant des objets avec de la lumière et, éventuellement, en utilisant un microscope pour avoir une meilleure résolution. Ensuite, les images reconstruites sont arrivées : l’homme a appris à visualiser les objets cachés, invisibles à l’œil nu, en analysant les ondes transmises ou réfléchies par des structures complexes. C’est le progrès de notre compréhension de la propagation des ondes en milieux complexes qui a permis ce progrès et qui a abouti à la naissance de l’imagerie ultrasonore et de la tomographie cohérente optique en médecine, au contrôle non destructif dans les applications industrielles, ou encore aux premières méthodes d’imagerie sismique. Toutes ces méthodes ont, bien sûr, beaucoup évolué depuis leur introduction, mais leurs principes de base sont restés inchangés. Pourtant, grâce aux recherches de nature fondamentale a priori, i.e. aux recherches sans une application immédiate évidente, nous en savons aujourd’hui beaucoup plus sur la propagation des ondes en milieux complexes que ce que les méthodes d’imagerie « standards » utilisent réellement. Nous savons, en particulier, que même dans un milieu complexe, désordonné, non linéaire, ou dynamique, une onde reste toujours une onde et que sa phase n’est jamais complètement perdue ou effacée. Les phénomènes liés à la cohérence de phase des ondes et aux éventuelles interférences qu’elle rend possible, malgré le désordre ou autres complications, sont connus comme « mésoscopiques », par analogie avec les phénomènes similaires en physique du solide où ils ne peuvent être observés que sur de très petits échantillons et à basse température. La compréhension de l’aspect mésoscopique de la physique des ondes commence à donner naissance à de nouvelles approches dans l’imagerie : l’imagerie de l’activité cérébrale ou des courants sanguins par corrélation de la lumière multiplement diffusée a été réalisée il y a quelques années, la technique de retournement temporel est très prometteuse pour augmenter la performance de l’imagerie acoustique, et l’imagerie « sans source », qui utilise le bruit ambiant, vient d’être introduite en sismologie planétaire et stellaire. Très récemment, plusieurs équipes ont même montré que la diffusion multiple peu être mise au profit pour augmenter la résolution des images et battre la limite de Rayleigh (« super-résolution »). A son tour, ce progrès spectaculaire motive la recherche fondamentale à explorer les questions que l’on ne se poserait pas autrement. Il en découle les deux principales motivations du GDR MésoImage:
• Le besoin de stimuler le développement de nouvelles méthodes d’imagerie par échanges intenses entre les chercheurs travaillant dans les domaines différents et par renforcement des liens entre les expérimentateurs et les théoriciens,
• La nécessité de soutenir et de motiver les recherches fondamentales sur les aspects mésoscopiques de la propagation des ondes en milieux complexes, en mettant l’accent sur leur nature interdisciplinaire.
La nature interdisciplinaire de la recherche que l’on conduit dans le cadre du GDR est l’un de ses points forts. Il n’est pas rare, effectivement, que les concepts fondamentaux de physique transcendent les frontières entre les disciplines. Néanmoins, dans le domaine de la diffusion des ondes en milieux complexes ce phénomène a pris une ampleur extraordinaire et permet non seulement de tirer des analogies inattendues entre les domaines de recherche aussi éloignés que l’optique atomique et la sismologie, mais aussi de développer des applications très concrètes, inspirées par des idées venues des autres domaines de la physique.
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2
Principales thématiques de recherche
Le fonctionnement du GDR s’articule autour de 5 thématiques : 1. Imagerie et spectroscopie par ondes diffusées 2. Contrôle des ondes en milieux complexes 3. Physique mésoscopique des ondes 4. Non linéarité et désordre 5. Localisation d’Anderson
Plus précisément, pendant la période 2013–2016, la recherche dans le cadre de ces 5 thématiques se focalisera essentiellement sur les aspects suivants :
• L’accent du volet Imagerie et spectroscopie par ondes diffusées sera mis sur les nouvelles méthodes d’imagerie : l’imagerie passive, basée sur l’analyse du bruit, et l’imagerie par corrélation de phase, avec un poids important de l’imagerie sismique. De nouvelles applications à la tomographie dynamique du soleil et des étoiles seront développées (hélio/astéro-sismologie). Par rapport aux 4 premières années du GDR, il y aura également une importante activité d’imagerie en utilisant le contrôle du front d’onde (« wave-front shaping ») qui permet d’obtenir une résolution sub-longueur d’onde à travers ou à l’intérieur d’un milieu désordonné, à des profondeurs inaccessibles aux techniques d’imagerie conventionnelles.
• Contrôle des ondes en milieux complexes acquiert une nouvelle dimension liée aux approches de contrôle cohérent autres que le retournement temporel, mais aussi au retournement temporel des ondes électromagnétiques, élastiques, et ondes de matière. Par rapport aux 4 premières années du GDR, nous allons nous intéresser non pas uniquement à la possibilité d’exercer un contrôle sur la propagation des ondes mais également au contrôle de l’émission des ondes dans les milieux complexes (l’émission spontanée et le laser aléatoire).
• Le volet Physique mésoscopique des ondes se focalise sur les analogies entre les ondes classiques et les ondes de matière (condensats de Bose-Einstein) qui deviennent de plus en plus les « jouets préférés » des physiciens de la matière condensée. Cette direction de recherche n’a pas été beaucoup explorée pendant les 4 premières années du GDR, probablement parce que les forces ont été surtout consacrées à l’étude de la localisation d’Anderson des ondes de matière.
• Les problématiques considérés sous le titre Non linéarité et désordre concernent la propagation des paquets d’ondes et l’expansion des condensats de Bose-Einstein en présence simultanée du désordre et de la non linéarité. Cette direction de recherche est devenue très active pendant les 4 dernières années.
• La Localisation d’Anderson est une thématique qui est actuellement en pleine explosion grâce aux expériences récentes conduites avec la lumière, les micro-ondes, les ultrasons et les ondes de matière. Il reste, néanmoins, un certain nombre de questions à clarifier, surtout en 3 dimensions : le rôle des corrélations spatiales du désordre, le rôle de la nature vectorielle des ondes optiques ou ultrasonores, les valeurs des exposants critiques de la transition d’Anderson (mesure expérimentale et calcul analytique).
Description détaillée des thématiques de recherche du GDR
1. Imagerie et spectroscopie par ondes diffusées
La caractérisation non invasive des milieux hétérogènes (aussi bien naturels qu’artificiels) a pris une importance croissante dans plusieurs branches d’activités humaines : le diagnostic et
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l’imagerie médicale, les industries chimique et agroalimentaire, le développement de nouveaux matériaux, la surveillance de changements dans la structure de la croûte terrestre, les études des phénomènes météorologiques ou encore des étoiles et des planètes. Même si différents types d’ondes (les ultrasons, la lumière, les ondes élastiques, etc.) sont utilisés en fonction du milieu à imager, les méthodes d’imagerie sont souvent basées sur des principes similaires. En outre, un concept pouvant en théorie donner lieu à une méthode d’imagerie peut venir d’un domaine où la réalisation pratique de cette méthode s’avère impossible ou trop complexe. Ce concept, par contre, peut trouver son application dans un autre domaine où les conditions réelles et contraintes pratiques sont différentes. Par exemple, le théorème de fluctuation-dissipation établit une relation entre la corrélation des fluctuations d’un champ électromagnétique quantifié et la fonction de Green des équations de Maxwell. Intéressant, mais qu’est-ce que cela nous apporte du point de vue pratique ? Les sismologues ont récemment montré que ce principe pouvait être utilisé pour imager la croûte terrestre (ou bien celle de la Lune) par ondes sismiques, même si le bruit mesuré n’a rien à voir avec la mécanique quantique ! Ces méthodes passives offrent l’opportunité unique de suivre en « temps réel » la dynamique interne des volcans ou encore du soleil. La théorie des matrices aléatoires, originalement utilisée en physique nucléaire ou pour l’étude du chaos quantique, peut aussi être appliquée à l’étude de la statistique des valeurs singulières et des vecteurs singuliers de la matrice de réponse d’un réseau de transducteurs utilisé pour l’imagerie. Enfin, très récemment, des techniques d’imagerie innovantes mélangeant deux types d’ondes (acoustiques et optiques, par exemple) permettent de combiner la sensibilité de l’une d’entre elles au contraste de l’objet a imager et la petite longueur d’onde de l’autre, afin d’obtenir une image a haute résolution dans des milieux complexes. Ces techniques sont tres prometteuses dans le domaine de l’imagerie médicale en particulier [O. Scherzer, Handbook of Mathematical Methods in Imaging, Springer Verlag, New York, 2011] et plusieurs équipes du GdR collaborent activement sur ce sujet. Ces exemples illustrent bien l’utilité de réunir les équipes développant des nouvelles approches pour l’imagerie dans le cadre d’un même GDR. 2. Contrôle des ondes en milieux complexes
L’expertise croissante des membres du GDR dans les différents aspects de la physique des ondes en milieux complexes est en train de changer notre vision de certaines questions fondamentales dans ce domaine, ainsi que notre manière d’aborder les problèmes pratiques qui se posent dans les applications. Au lieu d’observer les phénomènes physiques et essayer de les comprendre (en ce qui concerne les aspects fondamentaux) ou essayer de faire avec (en ce qui concerne les applications), nous commençons à avoir les moyens de les contrôler et, parfois, même de les utiliser à notre avantage. Un exemple d’une telle approche est la technique du retournement temporel qui permet de profiter du désordre pour améliorer la focalisation d’une onde à travers un milieu complexe et – ce qui est inattendu et surprenant – même aller au delà de la limite de diffraction (G. Lerosey et al., Science 2007) ! Les propriétés de super-résolution des ondes retournées temporellement sont intrinsèquement liées aux inhomogénéités aléatoires du milieu qui génèrent du « multi-pathing » et/ou des conversions de modes de propagation, et elles sont statistiquement stables, dans le sens où la forme de la tache de focalisation dépend uniquement de la statistique du milieu, et pas de sa réalisation particulière. Ces propriétés de super-résolution et de stabilité statistique ne sont pas seulement étonnantes du point de vue de la physique fondamentale, mais elles ouvrent de nouvelles perspectives pour les télécommunications et l’imagerie dans des environnements désordonnés. Pour les ondes optiques, le retournement temporel est difficile à réaliser, mais les expériences avec les ondes acoustiques et les micro-ondes ont stimulé l’imagination des physiciens qui ont, très récemment, proposé d’autres approches très efficaces pour atteindre la super-résolution en optique (Van Putten et al., Phys. Rev. Lett. 2011). Au lieu d’agir sur
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l’onde envoyée dans le milieu, on peut également modifier la structure du milieu pour obtenir des propriétés inhabituelles (indice de réfraction négatif, par exemple) ou même rendre le milieu invisible (« optical cloaking »). Un milieu complexe peut également devenir source des ondes (lumineuses) cohérentes. En optique, par exemple, les ondes peuvent être émises soit par un processus spontané, soit par l’effet laser. Dans le premier cas, l’émission peut être contrôlée via la densité locale d’états dans le milieu, tandis que dans le deuxième cas, il s’agit du laser aléatoire où la diffusion multiple est mise au profit pour établir un effet de rétroaction (feedback). A l’heure actuelle, on ne sait pas encore contrôler le fonctionnement d’un tel laser, mais plusieurs équipes de notre GDR travaillent sur ce problème. 3. Physique mésoscopique des ondes
Les phénomènes dits mésoscopiques ont lieu aux échelles intermédiaires, plus grandes que les échelles microscopiques, mais plus petites que les échelles macroscopiques. Pour les ondes, l’échelle microscopique est fixée par la longueur d’onde et la taille des diffuseurs, qui sont souvent de même ordre, tandis que l’échelle macroscopique est donnée par la longueur de cohérence de phase. Dans le régime « mésoscopique » les ondes conservent donc leur cohérence de phase tout en se propageant sur des distances appréciables, même dans des milieux hétérogènes. La physique mésoscopique a ses racines dans les études des propriétés électroniques de métaux à basse température. Dans les années 1980 les physiciens réalisent que les ondes dites « classiques » (la lumière, les ultrasons, etc.) se prêtent mieux aux études des phénomènes de cohérence de phase : en effet, en physique des électrons, seul le courant à travers un échantillon peut être mesuré assez facilement, tandis qu’en optique, par exemple, une résolution spatiale ou angulaire devient accessible. Depuis, beaucoup d’expériences importantes dans ce domaine (le cône de rétrodiffusion, les corrélations de longue portée, etc.) ont été conduites en utilisant les ondes classiques. Très récemment, l’optique atomique nous a fourni un nouvel outil pour étudier la physique mésoscopique des ondes dans des environnements désordonnés : les condensats de Bose-Einstein ont des propriétés ondulatoires qui rendent possibles les phénomènes d’interférences, et ils peuvent également être placés dans des potentiels optiques aléatoires pour modéliser le comportement d’une particule quantique (électron) ou une onde classique (lumière) dans un milieu désordonné. Le but de notre GDR et de conduire une recherche interdisciplinaire dans ce domaine pour mettre en évidence des analogies entre les ondes de différentes natures (les ondes de la matière et les ondes classiques). En effet, les travaux très récents montrent que le cône de rétrodiffusion, par exemple, peut être observé aussi bien avec les condensats de Bose qu’avec les ondes sismiques. Dans le dernier cas, le cône permet d’estimer le libre parcours moyen des ondes sismiques dans la croûte terrestre – un paramètre très important pour l’imagerie sismique. Cet exemple montre qu’il n’est pas impossible que la recherche sur les condensats de Bose dans les potentiels aléatoires puisse aider à progresser dans un domaine si lointain que l’imagerie sismique. 4. Non linéarité et désordre
Lorsqu’un milieu n’est pas seulement désordonné, mais présente également une réponse non linéaire à une excitation externe, plusieurs questions fondamentales se posent. Dans quelle mesure les concepts habituels de la théorie de diffusion (le libre parcours moyen, le coefficient de diffusion, etc.) ont-ils un sens en présence d’une non linéarité ? Dans quelles conditions peut-on parler d’un régime stationnaire pour une onde en milieu désordonné et non linéaire ? La non linéarité, détruit-elle les phénomènes interférentiels, tels que le cône de rétrodiffusion ou la localisation d’Anderson ? Toutes ces questions sont de nature interdisciplinaire et se posent aussi bien en optique et en acoustique, qu’en élasticité. Plus
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récemment, elles ont gagné une importance encore plus grande en relation avec l’intérêt croissant qu’attire le comportement des condensats de Bose-Einstein dans les potentiels aléatoires. Il est incontestable qu’à ce jour, la France possède une expertise unique dans ce domaine. Notre GDR réunit les meilleurs experts en physique des ondes en milieux désordonnés et non linéaires pour mettre leurs expertises complémentaires au service de tous et pouvoir progresser dans ce domaine difficile. Les 4 premières années du GDR ont déjà été marquées par un succès important dans ce domaine de recherche : l’observation de l’instabilité du speckle dans un milieu désordonné et non linéaire par Bortolozzo et al. (INLN, Nice). 5. Localisation d’Anderson
Lorsqu’en 1958 Philip Anderson trouve que la diffusion des électrons par des impuretés peut induire une transition métal-isolant dans un solide, il ne soupçonne certainement pas la généralité du phénomène qu’il vient de découvrir. Ce n’est qu’un quart de siècle plus tard que les physiciens réalisent que la localisation d’Anderson est un phénomène interférentiel qui peut avoir lieu pour toute onde, pourvu qu’elle soit suffisamment cohérente. Aujourd’hui, 50 ans après le premier travail d’Anderson, le domaine explose, avec plusieurs percées expérimentales récentes : la localisation des micro-ondes en 2D (le groupe de F. Mortessagne, PRL 2008), la localisation de la lumière en 2D (le groupe de M. Segev, Nature 2007) et 3D (le groupe de G. Maret, PRL 2006), la localisation des ondes de matière en 1D (le groupe de A. Aspect, Nature 2008, et le groupe de M. Inguscio, Nature 2008), et puis en 3D (les groupes de B. DeMarco, Science 2011, et de A. Aspect, arXiv 2011), la localisation des ultrasons (le groupe de J. Page, Nature Physics 2008) ou encore la localisation dynamique dans un système atomique (le groupe de J.C. Garreau, PRL 2008). D’importants progrès ont été également accomplis en ce qui concerne la description théorique, la modélisation et, finalement, la compréhension de ce phénomène et du rôle qu’il joue pour différents types d’ondes. Dans le cadre de notre GDR, nous avons réuni les équipes qui travaillent sur les différents aspects de la localisation d’Anderson, dans différents systèmes physiques, sous différentes conditions et en utilisant des approches différentes. L’interaction entre ces équipes doit pouvoir permettre d’importants progrès dans notre compréhension de ce phénomène. Méthodes de travail :
• Organisation d’ateliers thématiques interdisciplinaires de 1–2 journées sur un sujet en rapport avec les thématiques du GDR.
• Organisation d’écoles internationales pour étudiants et jeunes chercheurs. A l’heure actuelle, nous envisageons d’organiser une école à Cargèse en 2013 ou 2014 (dates précises à déterminer).
• Organisations de rencontres de tous les membres du GDR dans le cadre d’un workshop de plusieurs jours, avec participation importantes de nos collègues étrangers.
• Encouragements d’échanges entre équipes. Partenaires étrangers
Les échanges entre les membres du GDR et leurs collègues étrangers pendant les 4 premières années d’existence du GDR ont déjà été assez fructueux. Le taux des participants étrangers aux écoles, ateliers et colloques organisés par le GDR a été très élevé, autour de 30–40%
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typiquement. Ces échanges ont donné lieu à de multiples publications jointes et, plus récemment, ont abouti au dépôt d’un projet OPTical IMaging In Scattering MEdia (OPTIMISME, http://www.optimisme.eu/) dans le cadre de l’appel d’offres Marie Curie Initial Training Networks du programme Européen FP7.
Pour la réalisation du programme scientifique et l’organisation des manifestations du GDR, nous travaillons en contact étroit avec nos collègues à l’étranger. On en liste les principaux ci-dessous, mais la liste n’est pas exhaustive :
• DFG Forschergruppe 760 “Scattering Systems with Complex Dynamics”, directeur Prof. Roland Ketzmerick, Allemagne
• Soft Matter Physics Group, directeur Prof. Georg Maret, Konstanz, Allemagne • Microwave Laboratory, Prof. Azriel Genack, Queens College, Etats-Unis • Nanophotonics Laboratory, Prof. Andrey Chabanov, University of Texas, Etats-Unis • Mesoscopic Physics Laboratory, Prof. John Scales, Colorado School of Mines, Etats-
Unis • Ultrasonics Laboratory, Prof. Richard Weaver, University of Illinois, Etats-Unis • Photon Scattering Group, Prof. Ad Lagendijk, AMOLF Institute, Pays-Bas • Complex Photonic Systems Laboratory, Prof. Willem Vos et Prof. Allard Mosk,
University of Twente, Pays-Bas • Ultrasonics Research Laboratory, Prof. John Page, University of Manitoba, Canada • Soft Matter Optics Group, Prof. Frank Scheffold, Université de Fribourg, Suisse • European laboratory for Nonlinear Spectroscopy, Prof. Diederik Wiersma, Italie • Technion-Israel Institute of Technology, Prof. Boris Shapiro, Israel
Relations avec d’autres GDRs
La mission de notre GDR est complémentaire à celles des GDRs 2451 « Ondes » (directrice Frédérique De Fornel) et 2426 « Physique Quantique Mésoscopique » (directeur Bernard Plaçais). L’originalité de notre GDR réside dans l’utilisation d’une même approche « mésoscopique » à travers les frontières entre différents domaines de recherche, pour approcher les problèmes de natures fondamentale et appliquée à la fois. Dans notre activité, nous interragissons avec les deux GDRs nommés ci-dessus et nous comptons bien profiter de ces interactions. D’ailleurs, un mini-colloque « Ondes et désordre » sera organisé pendant les 13èmes Journées de la Matière Condensée (Montpellier, août 2012) conjointement avec le GDR « Ondes ».
Sergey Skipetrov Josselin Garnier Ludovic Margerin Le 1er février 2012
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Rapport d’activité du Groupement de Recherche 3219 « Physique Mésoscopique des Ondes pour Imagerie en Milieux Complexes »
MésoIm@ge
2009 – 2012 Le GDR a été crée en 2009, pour une période de 4 ans, motivé par le besoin de stimuler le développement de nouvelles méthodes d’imagerie et la nécessité de soutenir et de motiver les recherches fondamentales sur les aspects mésoscopiques de la propagation des ondes en milieux complexes. La section 05 du Comité National du CNRS est la section principale du GDR. Les thématiques du GDR concernent également les sections 01, 04, 06, 08, 09 et 18. Le but du GDR est d’intensifier les échanges entre les chercheurs travaillant dans les domaines différents et de renforcer les liens entre les expérimentateurs et les théoriciens, tout en mettant l’accent sur la nature interdisciplinaire de recherches. Pour atteindre ces objectifs, le GDR s’appuie sur les méthodes de travails suivantes :
• Organisation d’ateliers thématiques interdisciplinaires de 1-2 journées sur un sujet en rapport avec les thématiques du GDR,
• Organisation d’Ecoles internationales pour étudiants et jeunes chercheurs,
• Encouragements d’échanges entre équipes.
Nous présentons ci-dessous un récapitulatif des activités du GDR depuis les 3 années de son existence. 1. Manifestations scientifiques organisés par le GDR
Le GDR a été l’organisateur principal d’un certain nombre de manifestations scientifiques dont la planification, l’organisation, et le financement ont été assurés par le GDR : Manifestation scientifique
Lieu
Dates
Nombre de parti-cipants
Page web
Organisateur(s)
Workshop “Mesoscopic Physics of Waves for Imaging in Complex Media”
Paris 29-30 octobre 2009
60
S. Skipetrov
Ecole d’été “Mesoscopic Physics in Complex Media”
Cargèse 12-17 juillet 2010
100
B. van Tiggelen H.J. Stöckmann S. Skipetrov
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Workshop “Correlations, Fluctuations and Disorder”
Grenoble 13-15 décembre 2010
50
A. Minguzzi S. Skipetrov
Workshop “Random matrix theory for wave propagation in disordered media”
Paris 12 décembre 2011
30
J. Garnier S. Skipetrov
Projet : Mini-colloque “Ondes et désordre” (JMC 13)
Montpellier 27-31 août 2012
30
S. Skipetrov R. Carminati
Projet: Workshop “Mesoscopic Physics of Waves for Imaging in Complex Media II”
Paris ou Grenoble
Automne 2012
60 S. Skipetrov
2. Manifestations scientifiques soutenus par le GDR
Le GDR a également contribué à l’organisation et au financement des manifestations scientifiques organisées par les membres du GDR sur les thématiques scientifiques du GDR : Manifestation scientifique
Lieu Dates Nombre de participants
Page web Organisateur(s)
Workshop “Theory of quantum gases and quantum coherence”
Nice 2-4 juin 2010
100 Site web du workshop
A. Minguzzi P. Vignolo
Nice’s Days of Waves in Complex Media, Special Session on Random Lasing
Nice 7-9 juin 2010
60 Site web du workshop
P. Sebbah
Ecole d’été « L'acoustique non-linéaire, de la terre au nano »
L’île d’Oléron
20-25 juin 2010
60 Site web de l’Ecole
F. Coulouvrat
Mini-colloque «Atomes froids et désordre : de la localisation d’ondes de matière au laser aléatoire» (JMC 12)
Troyes 23-27 août 2010
20 Site web des JMC 12
B. van Tiggelen P. Boyer
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Summer School “Recent Developments in Wave Physics of Complex Media”
Cargèse 2-7 mai 2011
100 Site web de l’Ecole
M. Fink J. de Rosny
Ecole d’été “Disordered Systems: From Condensed-Matter Physics to Ultracold Atomic Gases”
Cargèse 30 mai-11 juin 2011
100 Site web de l’Ecole
L.Sanchez-Palencia T. Giamarchi
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3. Description détaillée des manifestations scientifiques organisées ou soutenues (dans l’ordre chronologique)
Workshop “Mesoscopic Physics of Waves for Imaging in Complex Media” Institut Henri Poincaré, Paris, 29-30 octobre 2009
Le premier atelier du GDR MésoImage a eu lieu à l'Institut Henri Poincaré à Paris, du 29 au 30 Octobre 2009. L'objectif de l'atelier était de discuter les aspects fondamentaux et appliqués de la propagation des ondes dans les milieux complexes, y compris milieux désordonnés et non linéaires. Ce fut l'occasion pour les membres du GDR et pour un certain nombre de leurs collègues étrangers à présenter et à discuter leurs derniers résultats scientifiques. Cet atelier a permis de maintenir les liens existants et d'initier de nouvelles collaborations
entre les membres du GDR, ainsi qu'entre les membres du GDR et leurs collègues étrangers. Les orateurs :
• Christof Aegerter (Zurich) - Imaging through turbid layers • Jacopo Bertolotti (Florence) - Light superdiffusion in Lévy glasses • Andrey Chabanov (San Antonio) - Statistics of fluctuations and correlations of
localized waves • Nicolas Cherroret (Freiburg and Grenoble) - Dynamic conductance fluctuations • Sanli Faez (Amsterdam) - Tuning speckle for measuring transport and effective
medium properties • Sylvain Gigan (Paris) - Controlling light in scattering media : focusing light and
beyond • Thomas Gisler (Konstanz) - Probing human brain function with (time-resolved)
diffusing-wave spectroscopy • Benoît Grémaud (Paris et Singapour) - Speckle instabilities in nonlinear media • Xiaoping Jia (Marne la Vallée) - Anomalous behaviour of diffusively scattered sound
waves in weakly stressed granular media • Vincent Josse (Paris) - Anderson localization with ultra cold atoms • Alain Joye (Grenoble) - Localization of unitary Anderson models and applications • Ulrich Kuhl (Marburg) - Freak waves in the linear regime : A microwave study • Patricio Leboeuf (Paris) - Transport properties of matter waves • Ludovic Margerin (Aix-en-Provence) - Phase statistics of seismic coda waves • Fabrice Mortessagne (Nice) - Quantum chaos and multiple scattering in microwave
cavities • Allard Mosk (Twente) - Opaque lenses : Using disorder to bring laser light to a focus • Guust Nolet (Nice) - Global seismic tomography in transition • Stephania Residori (Nice) - Nonlinear interactions and slow light in optical valves • Gregory Samelsohn (Holon) - Diffuse time tomography of random structures : Can
one hear the shape of disorder
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• Patrick Sebbah (Nice) - Disorder, gain and nonlinearity : from mirrorless lasers to speckle instabilities
• Nikolai Shapiro (Paris) - Imaging of the Earth with ambient seismic noise • Dima Shepelyansky (Toulouse) - Spreading and thermalization in disordered nonlinear
chains • Arnaud Tourin (Paris) - Focusing in complex media : time reversal, inverse filter, and
wavefront control Le programme détaillé ainsi que les présentations en format PDF sont disponibles sur la page web du Workshop : http://mesoimage.grenoble.cnrs.fr/spip.php?article94. Workshop “Theory of quantum gases and quantum coherence” Ecole thématique du CNRS Nice, 2-4 juin 2010
Cet atelier a été dédié aux défis théoriques dans le domaine des gaz quantiques ultra-froids, en connexion forte avec la physique de la matière condensée. Le but de cette rencontre était de réunir de jeunes chercheurs venant d'Europe et d'au-delà. Le programme de l’école s’était composée de 5 exposés généraux donnés par des scientifiques confirmés, leaders mondiaux du domaine, de 20 exposés donnés par de jeunes scientifiques sélectionnés par le comité scientifique et d'une session de présentation
d'affiches ouverte à tous les participants. Les orateurs :
• Whilhelm Zwerger, Technische Universität München, Germany, Senior Speaker • Pietro Massignan, Quantum optics theory,ICFO, Spain • Sylvain Nascimbène, LKB, Paris, France • Gentaro Watanabe, RIKEN, Wako, Japan • Franck Laloë, Laboratoire Kastler-Brossel, ENS, Paris, France, Senior Speaker. • Guthrie Partridge, Laboratoire Charles Fabry, Palaiseau, France • Giulia Ferrini, LPMMC, Grenoble, France • Matteo Rizzi, Max-Plank Institut fur Quanten Optik, Garching, Germany • Emilia Witkowska, Instytut Fizyki PAN, Warszawa, Poland • Boris Shapiro, Technion, Israel, Senior Speaker • Sebastiano Pilati, ETH Zurich • Benjamin Deissler, LENS, Florence, Italy • Elisabetta Pezzoli, Rutgers University • Nicolas Cherroret, Albert-Ludwigs University of Freiburg, Germany • Tilman Esslinger, ETH Zürich, Switzerland, Senior Speaker • Guido Pupillo, University of Innsbruck, Austria • Tung-Lam Dao, CPHT, Ecole Polytechnique, Palaiseau, France • Grigori Astrakharchik, Universitat Politecnica de Catalunya, Barcelona, Spain
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• Qi Zhou, University of Maryland • Leonid Glazman, Yale University, New England, Senior Speaker • Emanuele Dalla Torre, Weizmann Institute of Science, Israel • Tommaso Roscilde, Laboratoire de Physique, ENS-Lyon, France • Carlo Sias, AMOP group, Cavendish Laboratory, University of Cambridge, UK • Mikhail Zvonarev, LPTMS, Orsay, France
Le programme détaillé ainsi que les présentations en format PDF sont disponibles sur la page web du Workshop : http://nicebec.inln.cnrs.fr/. Nice’s Days of Waves in Complex Media. Special Session on Random Lasing Nice, 7-9 juin 2010
L'atelier a été consacré aux lasers aléatoires. Ce nouveau domaine de la physique du laser a ouvert des pistes intéressantes dans la recherche à la fois théorique et expérimentale. Depuis les travaux fondateurs de Lethokov dans les années soixante, le laser aléatoire a été observé et étudié dans les suspensions, dans les poudres semi-conducteurs, dans les tissus biologiques. Pendant le workshop, d'importantes questions théoriques ont été soulevées quant à la nature des modes d'émission laser dans ces lasers sans miroirs. Les nouvelles directions de recherche, par exemple, l’effet laser dans les nuages d’atomes froids, ont été également abordées. Au-delà des aspects fondamentaux, d'éventuelles applications importantes commencent à émerger. La
plupart de ces développements à la fois expérimentaux et théoriques, ont été abordés lors de cette conférence. Dans l'esprit d’un atelier, pratiquement chaque présentation a été suivie d'une importante discussion. Les orateurs :
• Jonathan ANDREASEN (Department of Applied Physics, Yale University, New Haven, USA & LPMC, CNRS, Nice, France) Simulations of the Transition from ASE to Lasing Action in Weakly Scattering Random Structures
• Hui CAO (Department of Applied Physics, Yale University, New Haven, USA) Demonstration of lasing in two-dimensional deterministic aperiodic nanostructures
• Rémi CARMINATI (Institut Langevin, ESPCI, Paris, France) Spontaneous decay rate statistics in disordered media
• Claudio CONTI (CNR-ISC, University Sapienza, Roma, Italy) Complexity in Random Lasers
• Christophe COUTEAU (LNIO, UTT, Troyes, France) Random lasing in high quality ZnO thin films
• Arthur GOETSCHY (LPMMC, Grenoble, France) Quantum and semi-classical theories of random lasing in cold atomic gases
• Heinz KALT (Karlsruhe Institute of Technology, Karlsruhe, Germany) Random lasing in nanocrystalline ZnO powders
• Hans KROHA (Univ. Bonn, Germany) Causality-induced effective lasing mode volume in homogeneously disordered random lasers
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• Ad LAGENDIJK (FOM-Institute for Atomic and Molecular Physics AMOLF, The Netherlands)
• Mélanie LEBENTAL (LPQM, Cachan, France) Solid-state organic lasers with or without cavities
• Cefe LOPEZ (CSIC, Madrid, Spain) Lasing in Self-assembled Photonic Crystals and Glasses
• Nicolas MERCADIER (INLN, Nice, France) Progress towards a Random Laser with cold atoms
• Randy POLSON (University of Utah, Salt Lake City) Random lasing from random microcavities
• Patrick SEBBAH (LPMC, Nice, France) Random Lasing Modes • Boris SHAPIRO (Physics Department, Technion, Haïfa, Israël) Localized photonic
modes in a planar microcavity • Sergey SKIPETROV (LPMMC, Grenoble, France) Quantum optics of random media • Hakan TURECI (Institute of Quantum Electronics, ETH Zurich) Quantum and
nonlinear optics in complex photonic media • Sergei K. TURITSYN (Photonics Research Group, Aston University, Birmingham,
UK) Random Distributed Feedback Fibre Lasers • Diederik WIERSMA (LENS, Florence) • Oleg ZAITSEV (Univ. Bonn, Gerrmany) Semiclassical theories of random and
chaotic lasers Le programme détaillé est disponible sur la page web du Workshop : http://lpmc.unice.fr/NDWCM/. Ecole d’été « L'acoustique non-linéaire, de la terre au nano » Ecole thématique du CNRS L’île d’Oléron, 20-25 juin 2010
Cette école d'été a été centrée sur l'acoustique non linéaire et ses applications. Elle a rassemblé des chercheurs jeunes ou confirmés intéressés par l'acoustique non linéaire, et désirant approfondir et élargir leurs connaissances dans le domaine.
L’étude de la propagation non linéaire des ondes, notamment acoustiques, dans les milieux complexes est une thématique qui s’affirme de plus en plus au niveau international. Du point de vue théorique, la non-linéarité permet de revisiter l'ensemble de la physique des ondes en enrichissant fortement les voies de recherche, de par la diversité des comportements non linéaires. Simultanément, elle offre de nouvelles perspectives d'application : contrôle non-destructif des matériaux, imagerie et thérapie médicales (élastographie, agents de contraste), identification, prévision et réduction des sources de bruit et des nuisances sonores, compréhension des risques sismiques, …
— GDR 3219 MésoIm@ge – Rapport d’activité 2009-2012 — 7
Les cours : Cours fondamental : Rappel de base en acoustique non linéaire
François Coulouvrat (CNRS, Paris) Jean-Louis Thomas (CNRS, Paris)
Cours de recherche 1 : Géomatériaux et sismique
Paul Johnson (Los Alamos Nat Lab, USA)
Cours de recherche 2: Méthodes numériques en acoustique non linéaire
Régis Marchiano (Université Pierre et Marie Curie - Paris 6)
Cours de recherche 3 : Pression de radiation et élastographie
Christophe Barrière (Université Denis Diderot - Paris 7)
Cours de recherche 4 : Contrôle non destructif des matériaux
Olivier Bou Matar (Ecole Centrale de Lille)
Cours de recherche 5: Aéroacoustique
Christophe Bailly (Ecole Centrale de Lyon)
Cours de recherche 6 : Acoustique pico-seconde
Bernard Perrin (CNRS, Paris)
Cours de recherche 7 : Agents de contraste
Benjamin Dollet (CNRS, Rennes)
Cours de recherche 8 : Hystéresis en acoustique non linéaire, milieux granulaires
Vincent Tournat (CNRS, Le Mans)
Cours de recherche 9 : Nonlinear dynamics in acoustics
Victor Sánchez-Morcillo (Universidad Politecnica de València)
Cours de recherche 10 : Infrasons et atmosphère
Olaf Gainville (CEA DAM, Bruyères le Châtel)
Plus d’informations sont accessibles sur la page web de l’Ecole : http://www.dalembert.upmc.fr/Oleron2010/Bienvenue.html.
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Summer School “Mesoscopic Physics in Complex Media” Ecole thématique du CNRS Cargèse, Corse, 12-17 juillet 2010
L’aspect novateur de cette Ecole a été sa focalisation sur les phénomènes et approches qui sont communs à la physique ondulatoire dans les milieux désordonnés et dans les systèmes chaotiques. Cela a permis de comprendre les liens existant entre les phénomènes qui ont lieu en optique, en acoustique, en physique atomique et même en sismologie. Une telle approche implique, tout naturellement, une forte interdisciplinarité car elle vise à faire rencontrer et interagir plusieurs communautés: opticiens, acousticiens, physiciens atomiques, physiciens du solide, sismologues, etc. L’école a été coorganisée par le GDR MésoImage et le Groupement de Recherche allemand DFG Forschergruppe 760 « Scattering Systemes with Complex Dynamics » (https://for760.tu-dresden.de) dirigé par le professeur
Hans-Jürgen Stöckmann (Université de Marburg). Les cours et les autres exposés de l’école sont publié sur un site web dédié : http://www.iesc-proceedings.org. Les cours :
• Optical imaging in random media - Claude Boccara and Allard Mosk • Aharonov-Bohm effect - Eugene Bogomolny • Mesoscopic physics of matter waves - Philippe Bouyer, Peter Schlagheck and Patricio
Leboeuf • Transport properties of systems with correlated disorder - Felix Izrailev and Ulrich
Kuhl • Imaging and mesoscopic physics with seismic waves - Ludovic Margerin and Nikolai
Shapiro • Photonic metamaterials - Ross McPhedran and Maria Kafesaki • Semiclassical aspects of quantum systems - Klaus Richter and Sebastian Müller • Mixed phase space systems - Harald Schwefel and Roland Ketzmerick • Imaging and Anderson localization with ultrasound - Arnaud Tourin and John Page • Anderson localization of light and random lasers - Diederik Wiersma
Les presentations courtes:
• Speckle statistics of localized waves in random media - Andrey Chabanov • Metamaterials for surface waves - Stefan Enoch • Multifractality at the Anderson transition - Sanli Faez • Statistics of resonance states in a weakly open chaotic microwave cavity - Olivier
Legrand • Experimental study of water wave propagation in complex media - Agnes Maurel • Universal branch statistics - Jakob Metzger • Partial barrier torus quantization in microcavity systems - Jeong-Bo Shim • Exotic solids made by elastic metamaterials - Ying Wu
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Le programme détaillé est disponible sur la page web de l’Ecole : http://mesoimage.grenoble.cnrs.fr/spip.php?article98. Mini-colloque « Atomes froids et désordre : de la localisation d’ondes de matière au laser aléatoire » (JMC 12) Troyes, 23-27 août 2010
Ce mini-colloque a rassemblé les chercheurs de la communauté de la matière condensée et de la communauté des atomes froids intéressés par les systèmes désordonnés pour échanger concepts et idées sur les aspects à la fois expérimentaux et théoriques. Les interventions de 20 min (questions incluses)
ont abordé entre autre l'étude de la propagation des ondes de matière en présence de potentiel optique aléatoire, les propriétés de diffusion à 2 ou 3 dimensions, les phénomènes de localisation dynamique ainsi que la diffusion et l'amplification de la lumière dans une vapeur atomique. Les présentations :
• Etude expérimentale de la transition d'Anderson avec des atomes froids - Jean-Claude GARREAU
• Le problème à N+1 corps et le diagramme de phase d'un gaz de fermions partiellement polarisés - Frédéric CHEVY
• Quasi-onedimensional Bose gases: disorder and interaction effects - Anna MINGUZZI • Etude d'un mélange de bosons et de fermions dans un potentiel désordonné - Pascal
SIMON • Gaz de Bose quasi-unidimensionnels - Isabelle BOUCHOULE • Fidélité quantique pour un condensat de Bose-Einstein piégé en présence d'un
potentiel aléatoire - Giovanni MANFREDI • Lévy flights of photons in hot atomic vapors - Robin KAISER
Workshop “Correlations, Fluctuations and Disorder” Grenoble, 13-15 décembre 2010
L'atelier a été consacré aux corrélations spatiales et temporelles dans divers systèmes physiques, en allant des ondes sismiques dans la croûte terrestre jusqu’aux fluctuations quantiques dans les fluides quantiques dégénérés en basses dimensions. La physique des systèmes désordonnés et la localisation d'Anderson dans un sens large ont également été discutées. Les sessions spéciales ont été organisées sur les thèmes de l'imagerie dans les milieux aléatoires et des corrélations dans les systèmes de basses dimensions. L'atelier comprenait des contributions d'experts en physique de la matière condensée, la propagation des ondes (optique, acoustique, etc.), la physique mathématique et atomique.
— GDR 3219 MésoIm@ge – Rapport d’activité 2009-2012 — 10
Cet atelier a été coorganisé par le GDR MésoImage et le PEPS-PTI « Quantum gases and condensed matter ». Les orateurs :
• A. Aubry and A. Derode - Random matrix theory applied to acoustic backscattering and imaging in complex media
• D.M. Basko - Effect of interaction/nonlinearity on the dynamics in Anderson insulators : quantum versus classical
• I. Bouchoule, J. Armijo, T. Jacqmin and K. Kheruntsyan - Density fluctuations in a very elongated Bose gas : crossover from weakly to strongly interacing regimes and 1D-3D dimensional crossover
• R. Citro - Phase diagram and momentum distribution of interacting bosons in quasiperiodic potentials
• D. Delande - Multifractality of wavefunctions at the Anderson transition • F. Eckert, T. Wellens and A. Buchleitner - -An approach to localization in 3D non-
linear media • F. Hébert - Phase diagram of “spin 1/2” bosons on optical lattices • V. Josse - Propagation of ultracold atoms in laser speckle disorder : towards 3D
Anderson localization • D. Poletti, B. Grémaud and Ch. Miniatura - Topological quantum phase transition of
spinless fermions in a honeycomb lattice • E. Orignac, M. Tsuchiizu, Y. Suzumura - Phenomenological bosonization in
multicomponent systems • N. Pavloff - Sonic black holes and Hawking radiation in Bose-Einstein condensates • R. Pierrat, A. Cazé and R. Carminati - C0 speckle correlations and near-field
interactions in strongly scattering media • P. Schlagheck - Coherent backscattering of BEC in 2D disorder and chaotic billiards • B. van Tiggelen - Anderson localization of cold atoms • W. Vos - Control of spontaneous emission in complex materials
Le programme détaillé ainsi que les présentations en format PDF sont disponibles sur la page web du Workshop : http://mesoimage.grenoble.cnrs.fr/spip.php?article118.
— GDR 3219 MésoIm@ge – Rapport d’activité 2009-2012 — 11
Summer School “Recent Developments in Wave Physics of Complex Media” Ecole thématique du CNRS Cargèse, Corse, 2-7 mai 2011
Pendant cette école, des scientifiques éminents ont présenté des cours sur les récents progrès en optique et en acoustique des milieux complexes. Les cours ont été donnés sur de nombreux sujets d’actualité : les méta-matériaux, les cristaux photoniques et acoustiques, la localisation des ondes par le désordre, la réfraction négative, le laser aléatoire, le contrôle cohérent d’ondes dans les milieux complexes, l’imagerie multi-ondes. Le but de l’Ecole était de rassembler les représentants des différentes communautés afin qu’ils puissent présenter leurs contributions, d’expliquer leurs motivations, et d’échanger avec les autres. L’Ecole a été surtout destinée à la jeune génération de chercheurs (doctorants et post-doctorants, jeunes chercheurs) venant du monde entier. C’est pourquoi un soutien financier a été accordé à de nombreux
doctorants. Une session poster a été organisé afin que les participants puissent présenter leurs travaux à ces collègues. Les orateurs :
• Eric Akkermans - Waves in mesoscopic complex media : Scattering, noise and information capacity
• Claude Boccara - Recent advances in optics • Hui Cao - Complex photonic nanostructures and phenomena • Mathias Fink - Time reversal in complex media • Azriel Genack - Modes and transmission eigenchannels in the photon localization
transition • Georg Maret – Diffusing-wave spectroscopy • Allard Mosk - Imperfect disordered optics • Nader Engheta - IR metatronics and graphene metamaterials • Philippe Lalanne - Slow light propagation in photonic-crystal waveguides • John Page - Anderson localization of ultrasonic waves • John Pendry - Transformation optics at optical frequencies • Claire Prada - Remarkable properties of elastic guided modes • José Sánchez-Dehesa - Acoustic metamaterials with anisotropic dynamical mass
density • Patrick Sebbah - Random lasing and nonlinear phenomena in disordered media • Anne Sentenac – High-resolution imaging in optics • Ping Sheng - Dynamic mass density and acoustic metamaterials • Changhuei Yang - Optical phase conjugation and scattering correction
Le programme détaillé ainsi que les présentations en format PDF sont disponibles sur la page web du Workshop : http://www.institut-langevin.espci.fr/-Recent-Developments-in-Wave- .
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Summer School “Disordered Systems: From Condensed-Matter Physics to Ultracold Atomic Gases” Ecole thématique du CNRS Cargèse, Corse, 30 mai – 11 juin 2011
Le désordre est un thème central dans de nombreux domaines de la physique, y compris la matière condensée, l’optique, l’acoustique, la sismologie et la physique atomique. Des progrès importants réalisés récemment ouvrent la voie à de nouveaux défis. En particulier, l’effet simultané du désordre et des interactions est l’une des questions les plus difficiles dont nous avons à faire face dans les systèmes quantiques. Dans ce contexte, le but de cette école d’été était d’offrir
des vrais cours ainsi que des exposés plus ciblés sur les questions d’actualité dans les domaines de la physique de la matière condensée et des atomes ultra-froids. En réunissant les spécialistes de renommée internationale et les jeunes chercheurs des deux communautés, nous avons profité des discussions fructueuses et de la fertilisation croisée des idées, tant sur le plan expérimental que théorique. Les cours :
• B. ALTSHULER (Columbia University, USA) “Many-body Anderson localization” • I. BLOCH (University Munich, Germany) “Introduction to many-body physics with
ultracold atoms” • L. CUGLIANDOLO (Université Paris 5, France) “Classical and quantum glasses » • M. TROYER (ETH Zürich, Switzerland) “Numerical methods for disordered,
quantum systems” • B. VAN TIGGELEN (CNRS, France)” Anderson localization of light and ultrasound”
Les presentations thématiques :
• E. ALTMAN (Weizmann Institute, Israel) “Ultracold atoms in disordered 1d traps: A new paradigm for the superfluid insulator transition”
• A. ASPECT (CNRS and Institut d’Optique, France) “Anderson localization : The naive view of an AMO physicist”
• A. BEZRYADIN (University of Illinois, USA) “The search for macroscopic quantum tunneling in superconducting nanowires”
• A. FRYDMAN (Bar-Ilan University, Israel) “Electron glasses in discontinuous metal films”
• J.-C. GARREAU (CNRS and Niversity of Lille, France) “Experimental observation of the Anderson transition with cold atoms”
• T. GRENET (CNRS and Institut Néel, France) “Ageing in disordered insulators” • W. HOFSTETTER (University of Frankfurt, Germany) “Strong correlations versus
disorder in ultracold quantum gases” • M. INGUSCIO (LENS, Italy) “Ultra cold atoms in disordered optical lattices:
Anderson localization and beyond” • M. KOEHL (University of Cambridge, UK) “Two-dimensional Fermi gases”
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• Y. LAHINI (Weizmann Institute, Israel) “Anderson localization of light: From nonlinear to nonclassical effects”
• P. LE DOUSSAL (CNRS and Ecole Normale Superieure, France) “Functional RG for elastic systems”
• P. LUGAN (University of Freiburg, Germany) “Localization in disordered interacting Bose gases”
• W. McGEHEE (Urbana Champain, USA) “Three-dimensional Anderson localization of ultracold fermionic matter”
• M. MUELLER (Abdus Salam International Center, Italy) “Superfluidity, localization and glassiness in frustrated boson systems”
• V. OGANESYAN (Princeton University, USA) “Many-body transport, dynamics and localization at infinite temperature”
• G. ROUX (University Paris Sud, France) “Numerical approaches to disordered 1D liquids”
• K. SHIRAHAMA (Keio University, Japan) “Helium 4 in nanoporous media: Confinement and disorder”
• A. ZHELUDEV (ETH, Switzerland) “Disorder in quantum magnets” Le site web de l’Ecole: http://129.175.199.88/cargese2011/index.html. Workshop “Random matrix theory for wave propagation in disordered media” Paris, 12 décembre 2011
La théorie des matrices aléatoires est maintenant un sujet important avec des applications dans de nombreuses disciplines. En particulier, elle est devenue un outil pour étudier le transport quantique en matière condensée, la propagation des ondes et l’imagerie dans les milieux aléatoires. Cet atelier a visé à rassembler les mathématiciens et les physiciens (les théoriciens ainsi que les expérimentateurs) pour discuter des progrès
récents de la théorie des matrices aléatoires et de ses applications dans ces domaines. Le programme a été constitué des exposés par les conférenciers invités. Les orateurs :
• Alexandre Aubry (ESPCI, Paris) : “Separation of single, recurrent and multiple scattering in complex media : Applications to ultrasound imaging and characterization”
• Eugene Bogolomny (LPTMS, Paris-Sud) : “Open versus closed cavities” • Liliana Borcea (Rice University) : “Detection and imaging with waves in strongly
backscattering random media” • Arthur Goetschy (LPMMC, Grenoble) : “Euclidean random matrices : theory and
applications to scattering in disordered media” • Dmitry Savin (Brunel University) : “Quantum transport in chaotic cavities through the
prism of Selberg’s integral”
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Page web du workshop: http://mesoimage.grenoble.cnrs.fr/spip.php?article138. Projet : Mini-colloque “Ondes et désordre” (JMC 13) Montpelier, 27-31 août 2012
La propagation des ondes en milieux désordonnés est un sujet de recherche d’une grande importance fondamentale et appliquée. La lumière, les microondes et les ultrasons sont des exemples d’ondes classiques, tandis que les électrons dans les solides à basse température ou les atomes ultrafroids dans les condensats de Bose-Einstein sont des ondes quantiques. En présence de désordre toutes ces ondes de natures très différentes manifestent un certain nombre de comportements
similaires, même si cela n’est pas évident à première vue. Citons, en particulier, des phénomènes tels que le transport par diffusion ou la localisation d’Anderson, les fluctuations universelles de conductance, les corrélations d’intensité à courte et longue portée, les fluctuations de la densité d’états locale, etc. Cette thématique interdisciplinaire est portée en France par le GDR 3219 MésoImage qui tente de réunir et de faire interagir les chercheurs travaillant dans différents domaines de la physique qui s’intéressent à des problèmes liés à la diffusion des ondes par le désordre : les opticiens et les acousticiens, les physiciens d’atomes froids et les sismologues, les spécialistes de la matière condensée et les chercheurs dans le domaine des télécoms. Cette thématique est également au croisement de différentes cultures composant le GDR Ondes, avec des objectifs plus ciblés vers l’imagerie. Les échanges entre les représentants de ces communautés différentes ont souvent été très fructueux puisqu’ils favorisent le transfert des connaissances entre les différentes branches de physique et stimulent une vision globale des problèmes. En organisant ce minicolloque, nous souhaitons poursuivre dans cette tradition en rassemblant un public aussi interdisciplinaire que possible autour d’un thème central concernant la propagation des ondes en milieux désordonnés. L’objectif principal du minicolloque sera de discuter, dans un contexte interdisciplinaire, les résultats récents dans le domaine : l’émission de lumière par les systèmes désordonnés (émission spontanée et laser aléatoire), localisation d’Anderson dans les systèmes 3D (atomes froids, lumière, ondes acoustiques), les phénomènes non linéaires et quantiques en présence du désordre, le contrôle de la propagation des ondes dans les systèmes complexes, etc. Projet : Workshop “Mesoscopic Physics of Waves for Imaging in Complex Media II” Paris ou Grenoble, Automne 2012
Depuis la création du GDR MésoImage en 2009, un nombre important de nouveaux résultats ont été obtenu par ses membres. Certain de ces résultats ont été discutés au moins partiellement, pendant les manifestations organisées par le GDR. Nous aimerions maintenant, après les 4 années de fonctionnement du GDR, organiser un workshop qui se focalisera sur les résultats phares de ces 4 années. Le programme du workshop se composera de quelques exposés pléniers dont le but serait de donner une mini-revue du développement du domaine depuis 4
Van Putten and Mosk, Physics 3, 22 (2010)
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années, et des exposés plus courts et plus ciblés pour discuter les aspects plus particuliers et techniques. Ce workshop sera également une bonne occasion pour faire le bilan du GDR et pour discuter son fonctionnement dans l’avenir, si le GDR est renouvelé. 4. Bilan financier
2009 Dotation CNRS + 11 000 €
Workshop “Mesoscopic Physics of Waves for Imaging in Complex Media” Paris 29 – 30 octobre – 10 062 €
Bilan + 938 €
2010 Reliquat 2009 + 938 € Dotation CNRS + 11 000 €
Workshop “Theory of quantum gases and quantum coherence” Nice 2 – 4 juin – 1 000 €
Nice’s Days of Waves in Complex Media. Special Session on Random Lasing Nice 7 – 9 juin – 3 000 €
Ecole « L'acoustique non-linéaire, de la terre au nano » Oléron 20 – 25 juin – 1 000 €
Summer School “Mesoscopic Physics in Complex Media” Cargèse 12 – 17 juillet – 1 938 €
Mini-colloque « Atomes froids et désordre : de la localisation d’ondes de matière au laser aléatoire »
Troyes 23 – 27 août 0 €
Workshop "Correlations, Fluctuations and Disorder" Grenoble 13 – 15 décembre – 5 000 €
Bilan 0 €
2011 Dotation CNRS + 9 500 €
Summer School “Recent Developments in Wave Physics of Complex Media” Cargèse 2 – 7 mai – 3 000 €
Summer School “Disordered Systems: From Condensed-Matter Physics to Ultracold Atomic Gases”
Cargèse 30 mai – 11 juin – 3 000 €
Workshop “Random matrix theory for wave propagation in disordered media” Paris 12 décembre – 1 500 €
Bilan + 2 000 €
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2012 (prévision) Reliquat 2011 + 2 000 € Dotation CNRS (estimation pessimiste :– 20% par rapport à 2011)
+ 7 600 €
Mini-colloque « Ondes et désordre » (JMC 13) Montpellier 27 – 31 août – 2 000 €
Workshop “Mesoscopic Physics of Waves for Imaging in Complex Media II”
Paris ou Grenoble Automne – 7 600 €
Bilan 0 €
Sergey Skipetrov Josselin Garnier Ludovic Margerin Le 1er février 2012
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